阳37井井壁稳定钻井液技术
陈373 区块浅层水平井钻井液技术
陈373 区块浅层水平井钻井液技术发表时间：2014-09-12T09:08:06.327Z 来源：《科学与技术》2014年第4期下供稿作者：牛瑞民董焕玉何良泉[导读] 施工都非常顺利，取得了很好的经济效益，提高了机械钻速，有利于节约成本，缩短建井周期。
胜利石油工程有限公司渤海钻井二公司牛瑞民董焕玉何良泉摘要：随着油田的进一步勘探开发，水平井逐年增多，水平井控制面积较大，可有效提高产量。
陈家庄油田油藏相对较浅，水平井开采工艺适合在该区块开展，由于陈373 区块多为同台井（一台多井），上部地层松软且易水化分散发生井壁坍塌，导致井眼缩径，井眼不规则等问题，这就要求钻井液有良好的携砂能力和防塌能力。
在施工中选用聚合物润滑防塌钻井液体系，有效解决了井壁坍塌、缩径等问题，并取得了良好的经济效益，为本区后续施工提供了很好的依据。
关键词：水平井；钻井液；陈373 区块1 简况⑴陈373 块储层岩性主要为粉、细砂岩、不等粒砾岩，其次为含砾砂岩、粗砂岩，粒度中值范围0.12～0.83mm，平均0.39mm，胶结疏松；石英含量39％，长石含量31％，岩屑含量30％，总体反映岩石结构成熟度和成分成熟度较低。
⑵陈373 区块水平井一开井径346.1mm，二开井径241.3mm，完钻井深一般1800m 左右，定向点较浅，一般在明化镇底部泥岩段，起钻易卡，下钻遇阻易出新眼，施工难度较大，对钻井液要求高。
2 钻井技术难点（1）邻井间距小（一般不大于5m），易发生邻井相碰钻井故障。
⑵上部地层疏松易垮塌、易糊井眼，泥岩地层造浆能力强，易缩径，常会出现井眼不畅通、起下钻困难等问题。
⑶明化镇砂层疏松，钻速快，岩屑含量高，易出现接完单根放不下去，堵水眼，憋泵现象。
⑷定向点浅，地层松软，下钻遇阻易丢失井眼；定向点易产生键槽。
⑸造斜率大，造成摩阻大、扭矩高，给钻井施工带来较大的难度。
3 钻井液技术分析与对策⑴针对邻井相碰问题，直接小循环开钻，维持钻井液有适当的粘度、切力和失水，以控制井眼规则，井径扩大率适当。
钻井液技术介绍
6．钾基聚合物钻井液 钾基聚合物钻井液是一类以各种聚合物的钾（或铵、钙）盐和KCI为主处理剂的防塌钻井液。在各种常见无机盐中，以KCI抑制粘土水化分散的效果为最好；而聚合物处理剂的存在使该类钻井液具有聚合物钻井液的各种优良特性。因此，在钻遇泥页岩地层时，使用它可以取得比较理想的防塌效果。
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8．合成基钻井液 合成基钻井液是以合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，并含有乳化剂、降滤失剂、流型改进剂的一类新型钻井液。由于使用无毒并且能够生物降解的非水溶性有机物取代了油基钻井液中通常使用的柴油，因此这类钻井液既保持了油基钻井液的各种优良特性，同时又能大大减轻钻井液排放时对环境造成的不良影响，尤其适用于海上钻井。
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1．分散钻井液 分散钻井液是指用淡水、膨润土和各种对粘土与钻屑起分散作用的处理剂（简称为分散剂）配制而成的水基钻井液。其主要特点是： （1）可容纳较多的固相，较适于配制高密度钻井液。 （2）容易在井壁上形成较致密的泥饼，故其滤失量一般较低。 （3）某些分散钻井液，如以磺化栲胶、磺化褐煤和磺化酚醛树脂作为主处理剂的三磺钻井液具有较强的抗温能力，适于在深井和超深井中使用。缺点：除抑制性和抗污染能力较差外，还因体系中固相含量高，对提高钻速和保护油气层均有不利的影响。
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1．合成聚合物类处理剂 合成聚合物主要用作钻井液降滤失剂、降粘剂、页岩抑制剂等。 2．天然改性高分子类处理剂 改性天然材料来源丰富，价格低廉，在石油工业中有广泛的用途。可生物降解的天然大分子如淀粉纤维素作为主链结构可赋予材料以生物降解特性，使材料具有环保功能。 3．利用工业废料制备的钻井液处理剂 利用工业下脚料制备钻井液处理剂技术性较强，油田化学工作者在这方面进行了一些研究工作。
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（二）国内外钻井液处理剂开发应用 一、国外发展情况 二、国内发展情况
钻井工程井壁稳定新技术
钻井工程井壁稳定新技术井壁稳定问题包括钻井过程中的井壁坍塌或缩径（由于岩石的剪切破坏或塑性流动）和地层破裂或压裂（由于岩石的拉伸破裂）两种类型。
一、化学因素井壁稳定机理：1、温度和压力对泥岩水化膨胀性能的影响：膨润土水化膨胀速率和膨胀量随着温度的增高而明显的提高，尤其当温度超过120℃时，膨胀曲线形状有较大的变化，膨润土的膨胀程度随着压力的增高而明显下降。
2、泥页岩水化在10～24h范围内出现Na＋突然释放现象，阳离子释放总量及Na＋释放所占的比例越高，泥页岩越易分散，就越易引起井塌。
3、PH值水溶液中PH值低于9时，影响不大，PH值继续增加，泥岩岩水化膨胀加剧，促使泥页岩坍塌。
4、活度与半透膜对泥页岩水化的影响水基钻井液可通过加入无机盐降低活度来减缓泥岩水化膨胀；半透膜影响存有争议。
二、各种防塌处理剂稳定井壁机理1、K+防塌机理一是离子交换，另一是晶格固定，对不同类型的泥页岩，其作用方式不相同，随着PH值的增高，混入Ga2+、Na +等离子浓度的增加，会阻碍对泥页岩的固定作用。
钾离子主要对于蒙皂石等高活性粘土矿物起抑制作用。
2、硅酸盐类稳定剂（1）硅酸盐稳定粘土机理：1）主要机理：尺寸较宽的硅酸粒子通过吸附、扩散等途径结合到粘土晶层端部，堵塞粘土层片间的缝隙，抑制粘土的水化，从而稳定粘土，在某些极端的应用条件（如高温、长时间接触等）下，硅酸盐能与粘土进行化学反应长身无定形的、胶结力很大的物质，使粘土等矿物颗粒凝结层牢固的整体。
2）次要机理：负电性硅酸粒子结合到已经预水化的粘土颗粒端部，使其电动电位升高，粘度、切力和滤失量下降，有利于形成薄而韧的泥饼。
（2）硅粒子防塌机理有机硅在泥岩表面迅速展开，形成薄膜，在一定温度下，有机硅中的—Si—OH基和粘土表面的—Si—OH基缩合脱水形成—Si—O—Si—键，在粘土表面形成一种很强的化学吸附作用，同时有机硅中的有机基团有憎水作用，使粘土表面发生润湿反转，从而使泥岩水化得到控制。
抗高温无固相钻井液技术
抗高温无固相钻井液技术摘要：高温井和超高温井的钻井液技术一直是热门话题，由于高温和超高温井的井壁稳定性和沉积物物性与常规环境区别非常大，使得其钻井液技术具有特殊性和复杂性。
为此，本文通过分析高温钻井液存在的基本问题，阐述抗高温无固相钻井液技术的发展现状和应用前景，建议应大力推广该技术。
关键词：高温井、无固相钻井液、抗高温、稳定性一、引言高温井和超高温井的钻井难度很高。
这种井钻井液必须具备高强度、高温度和高压力下的耐热和防膨胀性能。
传统的固相钻井液无法适应高温井和超高温井的钻井环境，会产生钻井液减轻、原始性能减弱、失控井等安全隐患。
因此，为了保障高温井和超高温井的钻井工程的顺利进行，研究开发高温钻井液具有重要的现实意义。
二、高温井的钻井液存在的问题（1）高温环境会影响液相的物理和化学性质，引起钻井液呈现涨大及热稳定性差的问题。
（2）钻井液因挥发失重，而其水基浆体在高温下容易出现稠化变化。
（3）固相钻井液体系具有的扰动要素容易引起簇排以及返排等问题。
（4）矿物和胶体多不稳定，而有机胶质体系有机质的热分解又会造成黏土结构态度的相互影响。
（5）固相钻井液的沉积物在叠加处会产生超过本身重量的重量，使得液体浆体处于不稳定状态。
三、抗高温无固相钻井液技术的发展现状无固相钻井液技术是当前的热门领域，其优点主要体现在以下三个方面。
（1）稳定性好，抗高温、抗压强度强。
（2）能满足深井作业的需求，减少井口压力和关键点泥浆柱的高度，提高钻进效率。
（3）在水环境中极易卸料，恒定珠液体系无需高速混合，防滑、抗粘度高。
四、抗高温无固相钻井液技术的应用前景（1）推广无固相钻井液技术，降低劣质固相钻井液的使用率，提高钻井成果。
（2）不仅能满足高温钻井的需求，且再次探索腐蚀阻抗制备机理并给大众提供一种可靠的深井作业技术。
（3）有利于开采高温区油气资源，提高油气开采效率。
五、结论本文通过分析传统固相钻井液在高温环境下存在的问题和无固相钻井液技术发展和应用前景，提出应大力推广抗高温无固相钻井液技术，以适应高温井和超高温井的钻井需求。
井壁稳定钻井液技术59
井壁稳定钻井液技术摘要：我公司目前在中原、陕北、新疆、四川等地区的钻井过程中都出现过不同程度的井壁失稳，造成了复杂及事故。
究其原因与钻井过程中所钻地层的岩性、组份及特性有直接的关系。
在钻井过程中，常发生已钻井井眼井壁坍塌、缩径、地层蠕动的现象，统称为井壁失稳。
随着近年来欠平衡钻井、大位移井、水平井、新区探井的增多，分析井壁失稳的特征及原因，制定相应的措施及工艺，确保井眼稳定已成为勘探开发过程中钻井液技术工作的重点。
关键词：井壁失稳缩径水平井地层蠕变钻井液技术一、井壁失稳的类型（1）泥岩的剥蚀掉块；（2）泥岩的水化膨胀以及盐膏层的吸水蠕变造成缩径；（3）盐溶失稳；（4）层理发育的硬脆性地层；（5）破碎性地层；（6）无胶结地层。
二、井壁失稳的原因井壁失稳的实质是力学不稳定。
是岩体在应力不平衡的条件下发生坍塌、缩径、蠕变的现象，钻井过程中发生的井壁失稳是力学、物理化学、工程措施单一因素或者共同作用的结果。
（1）力学因素钻井过程中钻井液液柱压力要大于实测及预测的地层坍塌压力，否则井壁将失去稳定发生坍塌；当钻井液液柱压力低于地层压力时就不能形成对地层的有效支撑引发井塌。
（2）物理化学因素化学作用就是钻井液滤液在压力作用下进入岩体中对其中的矿物质发生水化作用，泥页岩中的粘土矿物因成分及沉积环境的不同，对滤液敏感程度不同，特别是其中的蒙脱石、伊蒙混层，水化进程较快，且反应明显，最直接的作用就是水化膨胀，产生水化应力，改变了井眼周围岩体孔隙压力，造成岩石强度降低；当液柱压力小于其膨胀压力或受外力作用即发生剥蚀掉块。
对泥页岩、泥岩而言，其水化进程因岩体成分不同及水化时间长短，作用压力、温度及滤液离子成分的不同，造成的膨胀（缩径）坍塌程度也不一样。
因此井壁失稳是力学因素和物理化学因素共同作用的结果。
（3）工程因素工程措施也是影响井壁稳定的重要因素，如抽吸压力过大易造成钻头以下地层坍塌，开泵过猛或定点循环易造成破碎地层，煤层、无胶结地层、砾石层的坍塌；起钻灌浆不及时或者机械撞击也易引发井壁失稳。
钻井液稳定性及防漏技术研究
钻井液稳定性及防漏技术研究钻井工作是油气勘探和生产的关键环节，钻井液则是钻井过程中不可或缺的重要材料。
钻井液的稳定性和防漏技术是钻井过程中的关键问题，对整个钻井过程的安全和效率至关重要。
一、钻井液的定义和作用钻井液是在钻井过程中用于控制井眼稳定、清洁井眼、保护钻头和安全固井的液体，它是钻井过程中必不可少的重要材料。
根据不同的用途和特点，钻井液可以分为直井型、斜井型、水性型、油基型、膨润土型和泥浆型等多种类型。
钻井液的主要作用有以下几个方面：1.控制井眼稳定。
钻井液通过对井壁进行支撑，防止井眼坍塌和崩塌，保证钻井作业的顺利进行。
2.清洁井眼。
钻进过程中，钻头会带出大量的岩屑和泥浆，这些物质容易附着在井眼壁上，影响钻井液的性能和井筒稳定性。
为此，钻井液需要向井底送入气体或液体，将井眼中的污物排出。
3.保护钻头。
钻头是钻进过程中最核心的组件，承担着钻井的主要任务。
钻井液可以分散和懸浮岩屑以及碎屑，降低钻头的磨损。
4.安全固井。
在完成钻进后，需要进行固井作业，以封堵井筒。
钻井液在固井作业中扮演了决定性的角色，通过选择特定的钻井液来控制井壁对液压或泥浆带损失，同时还能保持固井水平和防止井眼侵蚀。
二、钻井液的稳定性问题钻井液在钻井过程中是经常受到外部环境的影响，因此存在一系列的稳定性问题。
如果这些问题得不到解决，会导致钻井过程中水力突发或井下安全事故，甚至会对环境产生不良影响。
1. 钻井液稠度不恰当。
稠度是钻井液的一个重要参数，它是指钻井液的流动性，直接影响到井壁稳定性。
如果稠度不恰当，会导致井眼塌陷、井筒侵蚀等问题。
2. 钻井液黏度高。
不良的黏度属性会导致钻进阻力加大，使得钻头容易卡住或断裂，导致生产效率和钻井成本上升。
3. 钻井液水分过高。
钻井液中过多的水分会导致其稠度、黏度都降低，不仅影响防漏效果，也会降低井眼稳定性。
4. 钻井液中固体颗粒过多。
如果钻井液中的固体颗粒过多、过大，会导致其在井眼中堆积，形成填充物，增加钻进阻力。
钻井井壁稳定系统
钻井井壁稳定系统随着石油工业的发展，钻井技术也得到了不断的进步和提高，井壁稳定系统成为了钻井技术领域的重要一环。
井壁稳定系统是指采用一定的工程设计和技术手段，使得井壁在钻井过程中能够保持稳定，不发生塌陷和失稳的一套完整的工程措施。
一、井壁稳定系统的重要性井壁稳定系统对于钻井工作的顺利进行和油气的探明具有十分重要的作用。
首先，钻井时井壁的稳定对井筒钻进的深度、直径和偏差等有很大的影响。
在井壁发生失稳统的情况下，会导致钻头卡钻、井壁塌陷、钻柱断裂等一系列的问题，从而使得钻井工作难以进行，严重影响钻井效率。
其次，井壁的稳定对于油气的勘探和开采也非常重要。
井孔的稳定能够防止油、气泄漏和被污染，能够保证井筒的完整性，并且提高采收率。
二、井壁稳定系统的设计要点井壁稳定系统的设计需要根据具体的地质条件、工程要求、钻井参数等因素进行综合考虑，下面介绍一些基本的设计要点：1.井眼直径和环空宽度的设定井眼直径和环空宽度的设定可以根据地质条件、钻头直径、钻速等来进行选择。
通常情况下，井眼直径应该比钻头直径至少大15%左右，环空宽度应该能够满足井涌等水力条件的要求，同时还需要考虑到井壁的稳定性等因素。
2.井筒钻进的方式井筒钻进的方式有很多种，如旋转钻进、旋转钻进加循环泥浆、非旋转钻进等，而不同的钻进方式也会对井壁稳定产生不同的影响。
3.井壁支撑材料的选用井壁支撑材料是井壁稳定系统中关键的一环，绳索、木条、钢条、橡胶等都可以作为井壁支撑材料，但需要根据地质条件、工程要求等因素进行合理选择。
三、井壁稳定系统的主要方法井壁稳定系统的主要方法包括冲洗法、封隔法、远离法和耐力法等。
1.冲洗法冲洗法是利用高速旋转的钻头对井壁进行冲洗、磨削，随着钻井往下进行，钻出的碎屑和泥浆会填充到井壁中，从而增加井壁的稳定性。
2.远离法远离法是指在井筒内采用护壁桶等工具来远离井壁，从而保持井壁的稳定。
3.封隔法封隔法是通过钻孔墙来防止井壁失稳，同时可以利用水胶、泡沫等材料进行固定。
(技术规范标准)中国石油天然气集团公司钻井液技术规范
中国石油天然气集团公司钻井液技术规范第一章总则第一条钻井液技术是钻井技术的重要组成部分，直接关系到钻探工程的成败和效益。
为提高钻井液技术和管理水平，保障钻井工程的安全和质量，满足勘探开发需要，特制定本规范。
第二条本规范主要内容包括：钻井液设计，现场作业，油气储层保护，钻井液循环、固控和除气设备，泡沫钻井流体，井下复杂的预防和处理，钻井液废弃物处理与环境保护，钻井液原材料和处理剂的质量控制与管理，钻井液资料管理等。
第三条本规范适用于中国石油天然气集团公司所属相关单位的钻井液技术管理。
第二章钻井液设计第一节设计的主要依据和内容第四条钻井液设计是钻井工程设计的重要组成部分，主要依据包括但不限于以下几方面：1. 以钻井地质设计、钻井工程设计及其它相关资料为基础，依据有关技术规范、规定和标准进行钻井液设计。
2. 钻井液设计应在分析影响钻探作业安全、质量和效益等因素的基础上，制定相应的钻井液技术措施。
主要有：地层岩性、地层应力、地层岩石理化性能、地层流体、地层压力剖面（孔隙压力、坍塌压力与破裂压力）、地温梯度等信息；储层保护要求；本区块或相邻区块已完成井的井下复杂情况和钻井液应用情况；地质目的和钻井工程对钻井液作业的要求；适用的钻井液新技术、新工艺；国家和施工地区有关环保方面的规定和要求。
第五条钻井液设计内容主要包括：邻井复杂情况分析与本井复杂情况预测；分段钻井液类型及主要性能参数；分段钻井液基本配方、钻井液消耗量预测、配制与维护处理；储层保护对钻井液的要求；固控设备配置与使用要求；钻井液仪器、设备配置要求；分段钻井液材料计划及成本预测；井场应急材料和压井液储备要求；井下复杂情况的预防和处理；钻井液HSE管理要求。
第二节钻井液体系选择第六条钻井液体系选择应遵循以下原则：满足地质目的和钻井工程需要；具有较好的储层保护效果；具有较好的经济性；低毒低腐蚀性。
第七条不同地层钻井液类型选择1. 在表层钻进时，宜选用较高粘度和切力的钻井液。
钻井过程中井壁稳定分析与对策
钻井过程中井壁稳定分析与对策钻井过程中井壁稳定分析与对策当前，我国油田开发力度加大，逐步向深层、深海区块延伸，水平井、大位移井等特殊井身结构钻井应用增多，井壁坍塌等井下事故也相应增加，极易在钻井中出现井壁缩径、坍塌、地层压裂等情况，坍塌机理比较复杂，很难预防，影响钻井井下安全和钻井持续性。
因此，有必要对井壁稳定性进行分析，有针对性的提出提升井壁稳定性的对策措施。
1 钻井过程中井壁稳定性1.1钻井井壁稳定性较差和坍塌地层特征在钻井中，钻遇泥页岩、砂岩、砾岩、煤层、岩浆岩、灰岩等都可能发生井壁坍塌，但90%以上的坍塌发生在泥页岩地层，缩径一般在盐膏层、浅层泥岩和渗透性较高的砂岩发生。
坍塌可能在各种岩性和粘土矿物含量地层中发生，但坍塌严重地层大多具有以下特征：发育有层理清晰的裂缝或破碎性较强的岩性地层；泥页岩特别是孔隙压力异常地层；地应力较强、倾角大易发生井斜地层；厚度较大泥页岩地层；高含水砂岩、泥岩地层等。
1.2井壁稳定性影响因素井壁稳定性较差原因是钻井液和钻具在地层中作用，压力超过井壁岩层承受强度，以及钻井液与井壁地层岩石矿物发生物理化学作用，加大坍塌压力、降低破裂压力等引起井壁失稳。
一是力学因素。
地层钻开前岩层受上覆压力、水平地应力和孔隙压力作用，压力均衡，钻开后钻井液对井壁压力替代了钻开岩层对井壁岩层的支撑，破坏了压力平衡状态，使周围地应力需要重新分布，在地应力超过井壁周围岩层承受强度后会发生剪切破坏，脆性地层会发生井壁坍塌，塑性地层会发生塑性变形（缩径）。
钻井中井壁被剪切破坏临界井眼压力称为坍塌压力，该状态下钻井液密度为坍塌压力当量钻井液密度。
地应力因素上，井壁坍塌以最小地应力为方向，坍塌压力随地应力及地应力非均匀系数增大而增大。
地层强度因素，地层坍塌压力与井壁周边地层的强度系数和内摩擦角呈反比。
孔隙压力因素，地层坍塌和破裂压力与孔隙压力呈正比，但破裂压力增速比坍塌压力小，随着孔隙压力加大，钻井液密度安全范围逐步变小。
处理井下复杂情况的钻井液技术
G．钻井液的组成与性能
钻井液中所含有机处理剂和可溶性盐的类别及含量、滤液 的pH值等均会影响粘土的水化膨胀。
②地层水化膨胀对井壁稳定的影响
A．孔隙压力升高
钻井液滤液进入地层后，由于压力传递和滤液与地层粘土 矿物之间通过水化作用产生水化应力，均会引起井壁地层孔 隙压力的升高。
(3)压裂的现象
当钻井液的循环压力大于地层的破裂压力时， 就会压裂地层，使地层出现裂缝，从而导致泵压 下降，钻井液漏入地层，井筒中液柱压力下降。 如液柱压力降至上部易塌地层的坍塌压力或孔隙 压力之下，就可能发生井塌或井喷等井下复杂情 况。
二.井壁不稳定的原因分析
井壁不稳定的实质是力学不稳定，当井壁 所受应力超过其本身强度就会发生井壁失稳 其原因十分复杂，主要可归纳为三个方面： 1．力学因素 (1)原地应力状态 (2)地层钻开后引起井眼围岩应力状态的变化 • 当井眼被钻开后，地应力被释放，井内钻井液作 用于井壁的压力取代了所钻岩层原先对井壁岩石的 支撑，破坏了地层和原有应力的平衡，引起井壁周 围应力的重新分布。
0.731
高岭石
48.6
2.7
0.122
伊利石
105
6.6
0.184
蒙脱石
633
6.7
0.179
图1—3 各种黏土膨胀率与时间的关系
小时/h
图中各种粘土矿物的膨胀率与时间的关系可见，各 种粘土矿物膨胀能力的顺序如下： 蒙脱石>伊蒙间层矿物>伊利石>高岭石>绿泥石。 则由此看来，地层的水化作用强弱主要取决于地
进一步的研究表明，井眼围岩的应力水 平与井眼液柱压力有关。若钻井液密度降 低，井眼围岩差应力(径向应力减小，切向 应力增大)水平就升高。当应力超过岩石的 抗剪强度时，就要发生剪切破坏(对于脆性 地层就会发生坍塌，井径扩大；而对于塑 性地层，则发生塑性变形，造成缩径)。
钻井液技术
狭义胶体：胶体大小（三维中任一维尺寸在1100nm之间）的微粒分散在另一种连续介质中所 形成的分散体系。
广义胶体：包括粗分散体系（悬浮体、乳状液、 泡沫）；溶胶；高分子真溶液；缔合胶体。
学习本章的意义:
Keep the newly drilled wellbore open untill steel casing can be cemented in the hole.
Cool and lubricate the rotating drillstring and bit.
概论——钻井液不应具有
气体：用高速气体或天然气清除钻屑
概论——钻井液的组成
概论——钻井液技术发展概况
发展
水基钻井液
清水 分散钻井液 抑制性钻井液 不分散聚合物钻 井液
油基钻井液
原油 柴油为连续相钻井液 油包水乳化钻井液
预测
钻井液强化井壁技术 复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井液技术 新型钻井液体系及其处理剂的研制与应用 废弃钻井液的处理技术 保护油气层的钻井液技术
晶层间靠微弱的分子间力连接，连接不紧密，水分 子容易进入两个晶层之间发生膨胀（全脱水时晶格 间距为9.6A，吸水后可达21.4A），水化分散性能 较好（造浆能力强），是配制泥浆的优质材料。
粘土矿物的晶格构造和特点
伊利石
伊利石的晶体构造和 蒙脱石相类似，不同 之点在于伊利石中硅 氧四面体中有较多的 硅被铝取代，因取代 所缺的正电荷由处在 相邻两个硅氧层之间 的K+补偿，因K+存在 于晶层之间并进入相 邻氧原子网格形成的 孔穴中，使各晶胞间 拉得较紧，水分不易 进入层间，因此它是 不易膨胀的粘土矿物 。
井壁稳定钻井液技术
井壁稳定钻井液技术本文分析了井壁稳定的机理，在总结防塌钻井液技术的进展基础上提出井壁稳定的钻井液措施。
当前，保持井壁的稳定性，顺利快速地钻井是减少钻井成本的主要方式，而钻井液的配方以及处理剂的科学选择是解决井壁失稳问题的重要措施。
标签：井壁失稳;钻井液;稳定井壁的失稳是油气钻井工作中时常面对的复杂工程问题。
长期以来，井壁稳定性问题一直是我国工程技术工作者所关注的焦点。
经过数十年的努力，虽然我国在解决这一问题上取得了巨大进步，但到目前为止，还没有形成一套彻底有效的方法来解决这一问题。
井壁失稳往往是由地质因素、页岩与钻井液的相互作用以及钻井作业等多种原因所导致的，调整钻井液的性能是破解井壁失稳难题的重要方法。
一、井壁稳定的机理分析从国内外来看，井壁稳定性的研究一般包括以下几种情况：一是从力学角度考虑井壁的稳定性，主要从井壁分布、岩石强度准则和本构关系等方面进行分析。
二是从页岩水化的化学角度考虑井壁稳定性，研究页岩水化的机理和控制页岩水化的方法。
三是从力学和化学相结合的角度考虑井壁的稳定性，从力学与化学相互作用的角度，更深入地了解了井壁失稳的原因，并找到相应的解决办法。
抗塌水基钻井液护壁防塌主要通过有效密度支撑、封堵防塌、抑制水化等协同作用。
首先，提高了硬脆性岩石裂缝的封闭能力。
通过惰性粒子在岩石裂缝和孔隙中的沉积和沉淀，形成一道有效的屏障，防止滤液进入裂缝之中，惰性离子提供的压力支撑点能够进一步提高井筒的稳定性。
封堵的实质是通过控制封堵材料的加入来减缓滤液向地层中的渗透。
根据刚性粒子堆积理论，不同粒径的刚性粒子堆积之后会产生不规则的微间隙，暂堵带的渗透率不会为零。
这就要求我们在压力和温度条件下使用具有变形和软化功能的封堵材料，这是决定封堵能否成功的关键。
其次，改善钻井液的造壁性能。
在正压差的作用下，井壁能够变为致密的泥饼，降低了渗透率，有效防止钻井液滤对地层的侵入。
最后，抑制页岩的水化。
主要利用无机盐压缩表层双电层的钻孔土颗粒，同时中和强土表面的负电荷，降低颗粒间的电斥力，减缓黏土粒子的水化膨胀速度;或通过高分子处理剂吸附黏土颗粒的表面特性，起到覆盖作用，从而阻断颗粒与水分子的接触，从而有效降低水分子的渗透速率，抑制黏土颗粒的水化分散。
多功一项成功的提高井壁稳定性的水基钻井液设计
多功一项成功的提高井壁稳定性的水基钻井液设计编译：李红1 介绍在北海挪威区块，水基钻井液已经在钻井过程中使用了很长一段时间。
多数171/2in 井段用水基钻井液来钻进，对较深井段钻井液的选择要有变化。
在挪威大陆架的南部，存在着大量的地区性砂岩地层，为钻屑的回注打开了通道。
另外，页岩通常很活跃，因此普遍应用油基钻井液。
北部地区没有砂岩存在，但因回注工作复杂，使油基钻井液仍然还应用在一些北部油田。
在这些油田，油基钻井液废弃物通常在陆地上进行处理和沉积。
一些油田，如Heidrun油田，即使油井井斜角在55~70°范围内，所打的油井也都使用水基钻井液。
与油基钻井液相反，水基钻井液与地层起反应。
最近10年，KCl/聚合物钻井液是最普遍的水基钻井液，那是由于从保护钻屑方面来看，它具有好的抑制性能，虽然它保护钻屑的能力较好，但从井筒质量方面来看，KCl/聚合物钻井液还没显示出比现用的其他水基钻井液有任何优越的性能。
在其他研究方面已经发现，如果KC1浓度高了，还有不利的效果，水合钾离子进入到黏土结构中使其产生轻微的收缩，随之而来的是微裂缝和坍塌。
钻井过程中的常规问题是从井中向外运移钻屑。
为了井眼清洁，优化钻井液变得非常重要。
钻柱的旋转使得流动不稳定，大多数钻井液在多数情况下会发生紊流，这种不稳定或紊流会给钻屑床增加剪切力，使井眼更加清洁。
当流体不胶结钻屑时，其传送钻屑的能力最好，这时有可能单纯传送钻屑颗粒。
在Heidrun油田，171/2in和121/4in井段使用水基钻井液有助于降低钻井成本，提高钻井速度。
总的钻井速度等于钻井进尺除以包括下套管在内的所有与钻井有关的工作时间的总和。
有的油井钻井液性能不好，是由于钻井液供应商发生了变化，新的供应商只了解钻井液设计，没有观察重晶石的下沉情况。
这些问题得到迅速解决，未影响到钻井作业。
2 井眼净化2.1 钻井液的特性为了能够从斜井中运移钻屑，有必要使液流从钻屑床获得足够的剪切力，以便运移钻屑颗粒。
破碎地层井壁稳定钻井液技术应用与研究
破碎地层井壁稳定钻井液技术应用与研究熊㊀帆摘㊀要：井壁失稳一直是困扰石油工业界的一个大问题，在世界许多油田都存在，也一直没有能够得到很好的解决㊂由此而引起的井塌㊁井漏等一系列井下事故，对整个钻井工程危害极大，不仅延长钻井周期，而且影响井身质量及固井质量㊂但是破碎性地层如煤层㊁硬脆性地层等弱水敏地层的井壁不稳定问题一直困扰着人们，阻碍了勘探开发的发展进程㊂文章对破碎性地层井壁稳定机理㊁评价方法及钻井液的应用方面进行了相关探讨，分析井壁失稳机理，提出解决该地层井壁失稳的强抑制性封堵型钻井液㊂关键词：井壁失稳；弱水敏地层；强抑制性封堵型钻井液；防塌能力一㊁引言近年来油田油气勘探开发的重点区域以硬脆性地层和破碎性地层为主，局部夹欠压实泥岩㊁地质条件复杂㊁埋藏深㊁温度高㊁地层压力系数大㊁钻井作业时均采用高密度钻井液钻进，若密度选择稍不慎重，就会形成诱导性裂缝，山前构造带是形成诱导性裂缝最活跃㊁频率最高的地段㊂在高密度压差作用下，一方面，山前构造带原无裂缝井段被 人为压裂 滋生出微裂缝㊁微裂隙，从井底成像来看，微裂缝㊁微裂隙形成单一，水平或垂直分布，缝少㊁小㊁窄㊁浅㊁近㊁连通性差㊁整合性差，表现为渗漏㊁小漏，漏失量不大，对井壁稳定威胁不大；另一方面，山前构造带原有裂缝井段被 压开 压碎 ，原有裂缝变得更宽㊁更长㊁更深，并滋生出新的微裂缝㊁微裂隙，从井底成像来看，形成多重，含水平㊁垂直分布及水平 垂直连通分布，缝多㊁大㊁宽㊁深㊁远㊁连通性好㊁整合性好，表现为中漏㊁中至大漏㊁大漏，严重时有进无出，失返，严重危及井壁稳定，这两种情形下形成的裂缝，都被称之为诱导裂缝㊂这些地区因诱导裂缝造成的井漏问题尤为突出，给钻井作业带来了极大困难，是目前油田钻探难度最大的地区㊂二㊁组构特征（一）硬脆性地层硬脆性地层其中存在有大量的微裂缝㊂这类页岩中，伊利石㊁高岭石和绿泥石的含量较高㊂其膨胀和分散的趋势受到限制，但在遇到流体侵入时，会沿微裂缝发生膨胀和分散㊂该类地层主要分布在新疆柯克亚下第三系地层，巴楚地区志留系泥盆系地层㊂（二）破碎性地层该类地层裂隙发育，破碎，绝大部分是特种岩性地层，如煤层㊁玄武石㊁辉绿岩㊁凝灰岩㊁灰岩等；玄武岩中所含的黏土矿物往往是蒙皂石或伊蒙无序间层，其相对含量高达９０％ １００％，煤层中所夹的泥页岩中所含黏土矿物大多是高岭石（３０％ ８０％）；辉绿岩中泥页岩夹层中黏土矿物以伊利石为主，并含伊蒙有序间层㊂部分地区此类处于强地应力作用下，坍塌压力高㊂三㊁井壁失稳机理（一）地质因素硬脆性地层以伊／蒙混层㊁伊利石和高岭石为主，遇到流体侵入，会沿裂缝发生膨胀和分散，剥落掉块，且伊／蒙混层矿物水化膨胀不均匀㊂若钻井液滤液抑制性不强，当其滤液沿地层微裂缝侵入地层深部时，蒙脱石将发生水化膨胀，地层将产生强大的膨胀压，井壁失去平衡，导致坍塌掉块㊂以煤岩为主的破碎性页岩，黏土含量极低，属惰性岩石，质轻㊁裂缝裂隙极为发育且连通性好，水分子极易沿裂缝裂隙渗入，导致岩体分散㊁崩落和坍塌㊂（二）地应力因素国内外的研究表明：对于硬脆性或破碎性地层的井壁失稳问题，有时加重钻井液密度，井壁失稳更加严重㊂这类地层坍塌压力较高，且大于地层孔隙压力，当按孔隙压力设计钻井液密度时，相对于地层坍塌压力而言则形成 欠平衡 ，因此，钻井液密度选择不当可导致易坍塌地层扩径㊂四㊁钻井液的选择及防塌能力评价方法（一）选择的钻井液类型钻遇此类地层，应将选择合理的钻井液密度和优质钻井液配方结合起来，关键在于：强抑制性㊁强封堵㊁合理的钻井液密度㊂①根据地层坍塌压力确定钻井液密度，钻井液密度必须足够高，以平衡地应力，直到不坍塌㊁不掉块㊁不缩径为止，但密度不宜过高以防井壁失稳更加严重㊂②选择对地层具有强有力的封堵能力，快速有效地封堵地层裂缝㊁微裂缝的封堵材料，减少和清除破碎性地层的坍塌㊂根据逐级填充原理，处理剂粒度分布必须合适，且具有合适的软化点㊂钻井液中加足封堵剂与降滤失剂，封堵裂隙，巩固井壁㊂③根据黏土矿物的类型应选择具有强抑制性的钻井液，如钾铵盐㊁两性离子㊁阳离子聚磺钻井液或正电胶钻井液㊂（二）防塌能力评价方法对硬脆性泥页岩来说，井壁稳定的关键是阻止孔隙压力的传递，而阻止孔隙压力传递则必须加强微裂缝的封堵，防止其开启㊂现有的裂缝评价方法有：改造的高温高压失水仪填砂和堵漏仪两种㊂堵漏仪模拟出来的裂缝太大；而填砂后的高温高压失水仪在模拟硬脆性泥页岩的微裂缝或孔喉直径时仍存在一定缺陷㊂室内利用加工的３种岩心模拟出了１ ５０μｍ的微裂缝，分别研究了流速㊁围压和裂缝宽度之间的关系，并用不同介质对不同宽度的裂缝进行了封堵试验㊂由于解决破碎性地层坍塌的最有效途径是加强钻井液对地层裂缝㊁微裂缝的封堵㊂因此，评价钻井液对破碎性地层的防塌能力，主要是评价钻井液对地层裂缝㊁微裂缝的封堵能力㊂五㊁几点认识目前，稳定弱水敏地层（硬脆性或破碎性地层）井壁的钻井液多采用具有强抑制性的两性离子钻井液㊁阳离子聚磺钻井液及正电胶钻井液等㊂由于该类地层组构的特殊性，并非单一的钻井液体系的使用，而是几种体系的复配使用，以提高钻井液的抑制性㊂沥青类处理剂是稳定弱水敏地层井壁极有效的防塌处理剂，但因荧光级别高和颜色深而被地质与环保部门禁用㊂一是对沥青类处理剂改性为无荧光或弱荧光的产品；二是研发具有成膜性质的封堵材料，也可与硅酸盐㊁多元醇等具有成膜特性的钻井液复配使用；三是可使用超低渗透处理剂，提高岩层承压能力，同一配方就能有效封堵不同渗透性地层，克服传统钻井液中固相颗粒桥堵作用效果主要取决于颗粒分布与地层孔喉大小匹配度，地层适应范围较窄的不足㊂钻遇弱水敏地层要求较高的钻井液密度，应根据岩石力学测定的结果确定，但不宜过高，到不坍不塌为止㊂可采用甲酸盐提高钻井液液相黏度提高液相基浆密度，减少加重剂的加量，从而达到减少低固相对钻井液黏度的影响的目的㊂参考文献：［１］赵大卫，曹延蓉．塔河油田三叠系㊁石炭系井眼失稳机理分析及控制［Ｊ］．西部探矿工程，２００６（Ｓ１）：３７３－３７６．作者简介：熊帆，辽河石油勘探局有限公司辽河工程技术处㊂４８１。
朝阳沟油田朝106-葡平37井阶梯水平井钻井实践
１２３ 地 磁参 数 ： ．． 磁偏 角 ： １． ５ 磁倾 角 ：３ ｏ。 一 ０２ 。 ６． ０ 磁场 强 度 ：５ １ ｎ ５ ３ ２ Ｔ。
１ ２ ４ 地表 海拔 ： ６ ． ０ ．． １ ７ ０ ｍ。 ２ 地 质 要求
２１ 水 平 井数据 ．
表１ 水 平 井 靶 点坐 标
了良好 的技 术保 障 ， 可有 效提 高储 量 动 用程度 。 关键 词 ： 阶梯 ； 平 井 ； 井 ； 水 钻 实践
中图 分类 号 ： ４ ＴＥ２３
１ 地 质 构造 情况
１ １ 构 造 位 置 ．
文 献 标识 码 ： Ｂ
文 章编 号 ：０ ６ ７８ （Ｏ ＯＯ 一Ｏ ４ —０ １０－ ９１ ２ １ ）３ １ ７ ２ 应 做 好钻 井 液 维 护和 处 理 工 作 ， 防止 井 塌 和 井 漏 的 发生。
朝 １６ Ｏ 一葡平 ３ ７井井 眼轨 道剖 面 图见 图 １ 。 ４ 钻井 中重 点 控制 因素 ４ １ 第 三 系上 部 为 黄 绿 色 、 绿色 泥 岩 ， 部 为 砂 ． 灰 下
１ 直井段： ￣２ １ ， ． ０ ２ｍ 井斜角≤ｒ ２ 造斜点２ ３９ｍ处井斜要求， ； ． ７．４ ≤ ０５ ３ 造斜点水平位移要求： ｍ，． ．。 ． ｝ ≤８ ４ 靶前位移误差要求； ５ ／ 一１ ｍ
８。 间。 ６之
６０４ ９．５
＋５ ；． ｍ ５ 在实钻过程中， 造斜点处方位角与设计方位角相同时． 其井
斜 角可不大 于 １。 。
砾层 ， 些 岩 石 所 构 成 的地 层 成 岩 性 差 ， 结 疏 松 ， 这 胶
收稿 日期 ：０ ９ ８ ４ ２ ０ 一Ｏ —１
作者简介 ： 罗雅筠（ ９ １ ， ， ９１年毕 业于 大庆 石油学校钻井工程 专业 ， １ ７ 一） 女 １ ９ 助理 工程师。
井眼安全--井壁稳定
（2）缩径现象 当发生缩径时，由于井径小于钻头直径，会 出项扭矩增大、上提遇卡，下放遇阻，严重 时发生卡钻。 缩径根据产生的原因，地层、地区采用适合 有针对性措施。 例如：划眼、增大滤失量、降低滤失量、提 高密度等。 （3）压裂现象 当钻井液液柱压力大于地层破裂压力，就会 压裂地层，产生井漏。井漏引起液柱压力降 低，易引起井涌及井塌等事故复杂。
（2）活度和半透膜对泥页岩水化的影响 石油勘探院、石油大学等单位通过研究也 得出钻井过程中，钻井液的滤液向页岩中扩 散的动力是钻井液与页岩间的水化学势之差。 影响它的主要因素是钻井液液柱压力与孔隙 压力之差及钻井液水活度与页岩水活度之比。 只有存在较高效率的半透膜时，钻井液与页 岩的水活度差才能在较长的时间内控制水的 迁移。
向钻井液中加入有机硅防塌剂，有机 硅在泥页岩表面迅速展开，形成薄膜。 在一定温度下，有机硅中的 -Si-OH 基易 和粘土表面的-Si-OH基缩合失水，形成Si-O-Si键，在粘土表面产生一种很强的 化学吸附作用，使粘土发生润湿反转， 从而使泥页岩的水化得到控制。
（5）沥青类防塌剂
国内外使用天然沥青和各种化学改性沥青产品稳 定井壁已有多年的历史。沥青粉的主要作用机理是 在钻遇页岩之前，往钻井液中加入该种物质，当钻 遇到页岩时，若沥青的软化点与地层温度相匹配， 在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用 下，沥青产品会发生塑性流动，挤入页岩孔隙、裂 缝和层面，封堵地层层理与裂隙，提高对裂缝的粘 结力，在井壁处形成良好的内、外泥饼，外泥饼与 地层之间有一层致密的保护膜，使外泥饼难以冲刷 掉，阻止水进入地层，起到稳定井壁的作用。
•作用机理主要是“浊点效应”——温度在浊点以下时，该 产品溶于水，在浊点以上表现为“亲油疏水而又分散于 水”---。 •浊点在30-50℃之间，在钻井液中可始终保持“亲油疏水分 散于水”的状态，可吸附于钻屑及粘土颗粒表面，抑制其水 化分散与膨胀---； •同类产品对比，优势突出---。
吉林油田昌37井固井工艺技术
吉林油田昌37井固井工艺技术王顺利;毛敬勋;侯兵;高晶;刘胜英【期刊名称】《钻井液与完井液》【年(卷),期】2009(026)005【摘要】针对吉林油田伊通地区昌37井三开使用油基钻井液钻井和基底存在花岗岩高压气层的特点,分析了该井的固井技术难点,研究了驱油加重前置液和高温微膨胀防窜水泥浆技术,介绍了关键完井工具的配置和使用情况.现场应用结果表明,YJC 驱油冲洗液和DG180加重隔离液能够快速高效地清洗残留油基钻井液,提高顶替效率,改善水泥环胶结质量,且压稳了下部高压气层,保障了固井质量;抗高温微膨胀防窜水泥浆过渡时间短、稠化时间可调、高温稳定性好,水泥石致密、抗压强度高,具有良好的防窜和防腐蚀性;一级固井质量合格率为100%,优质率为97.29%;双级注水泥管串、前置液密度和双凝水泥浆结构设计合理,固井施工作业正常,实现了压稳和防窜的目的,该井形成的配套固井工艺技术可在该地区同类井固井中推广应用.【总页数】4页(P43-46)【作者】王顺利;毛敬勋;侯兵;高晶;刘胜英【作者单位】吉林油田公司钻井工艺研究院,吉林松原;吉林油田公司钻井工艺研究院,吉林松原;吉林油田公司钻井工艺研究院,吉林松原;吉林油田公司钻井工艺研究院,吉林松原;吉林油田公司钻井工艺研究院,吉林松原【正文语种】中文【中图分类】TE256.3【相关文献】1.吉林油田乾安地区长封固段井固井配套技术 [J], 冷金平2.溢流井后期裸眼固井工艺技术--以JH107井为例 [J], 田常铭;3.吉林油田长深5井抗高温胶乳水泥浆固井技术 [J], 王顺利;毛敬勋;孙富全;袁志军;史海民;牛玉祥4.吉林油田浅层水平井固井技术研究 [J], 王士鹏5.雷家碛井区固井漏失层分析及固井防漏工艺技术 [J], 范志坤;夏忠跃;冯雷;贾佳;解健程因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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阳３ ７井 井 壁 稳 定 钻 井 液 技 术
邱 春 阳
（ 胜利 石 油工程 有 限公 司 钻 井 工程技 术公 司泥浆公 司， 山东 东 营 ２ ５ ７ ０ ６ ４ ）
摘 要 ：阳 ３ ７井 是 为 了解 阳信 洼 陷温 家 次 洼 北 部 陡 坡 带 沙 河 街 组 含 油 气 情 况 而 部 署 的一 口 预 探 井 。 由于 地 质 结构复杂 ， 施 工 中易 导 致 井 壁 失 稳 ； 井底温度高 ， 低 密 度 下 保 持 井 壁 稳 定 具 有 一 定 难 度 。通 过 使 用 抗 温 性 好 、 悬浮携带能力强 、 封 堵 性 好 的聚 磺 防 塌 钻 井 液 体 系 ， 并 配合相应 的现场 施工工 艺 ， 保 证 了 钻 井 施 工 的 顺 利 进 行 。该 井 的钻 探 成 功证 明低 密度 钻 井 在 本 区块 切 实 可 行 ， 同 时 也 为 该 区 块 其 它 井 的钻 探 提 供 了技 术 参 数 。 关键词 ： 阳３ ７井 ； 井壁稳定 ； 掉块 ； 长裸 眼； 低 密 度
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｅ ２ 文献标识码 ： Ｂ 文章编 号： １ ０ ０ ８ － ９ ４ ４ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ ． ０ ０ ０ １ － ０ ３
Ｄｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎｇ Ｆｌ ｕ ｉ ｄ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｈｏ ｌ ｅ Ｓｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｎ Ｙａ ｎｇ ３ ７ Ｗｅ ｌ ｌ ＱＩ Ｕ Ｃ ｈ ｕ ｎ ． ｙ ａ ｎ ｇ
Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ １ ０ Ｏ ８ — ９ ４ ４ ６
承 ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｅ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ
第 １ ５卷 第 ４ 期 ， ２ ０ １ ３年 ８月
Ｖｏ １ ． １ ５， Ｎｏ ． ４， Ａｕ ｇ ．２ ０ １ ３